立體心電圖的成像方法及成像儀的製作方法

2023-06-11 23:36:31

專利名稱：立體心電圖的成像方法及成像儀的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種醫學檢查診斷方法及儀器，更確切地說是涉及現代醫學診斷心臟生物電活動的立體心電圖成像方法及成像儀。
目前現代醫學科學的檢查、診視等手段正逐漸從一維走向三維空間技術領域，如B超、核磁共振等技術手段，使對疾病的診斷更科學、更直觀、更準確。而用於診斷心臟生物電活動的心電圖也經歷了從一維線性心電圖(ECG)、二維平面環心電向量圖(VCG)和三維立體空間表達的立體心電圖(3DIECG)的發展變化，分別代表著三個發展階段。
其中的一維線性表達心臟生物電活動的方法是記錄心臟兩點間的正負電位差，側重於心臟傳導系統的順逆時相關係和簡單的P-QRS-T波形，來表述心房、心室肌的除復極變化，具有簡單、實用、普及及資料豐富等優點，至今仍是臨床心電圖學的主體，其缺點是無法反映出立體空間的細緻、局部和整體的心肌電活動擴布特點和心肌結構各向異性等問題，並且存在V1與V6導聯的夾角盲區(135°)，不能360°立體全方位地反映出實際的心電活動，其振幅也不準確，難以提供鑑別及診斷複雜心臟疾病所需的大量精確信息，難以解釋清楚許多臨床現象，難以滿足通過計算機網絡進行專家正確會診的要求。
心電向量圖根據斜三角理論及導聯向量概念設計校正導聯繫統，以平面環單周期心向量圖方式積累起豐富的資料，從而彌補了傳統心電圖臨床及理論中的大量缺陷。由於二維平面環是以橫軸X、豎軸Y及前後軸Z相互垂直相交來記錄心電活動的，從理論上說已建立起三維空間模式，但實際上仍是以平面向量環、單周期形式的描記，不僅不能連續描記以解決心律失常的診斷問題，而且從三個平面，即額面F、橫面H及側面S，不能看出瞬時間淚點實際的疏密變化，存在視角淚點重疊現象，故難以準確判斷心肌局部除極擴布的瞬時間變化，也不能直觀形象地表現出心臟立體生物電環體與心臟解剖實況之間的位置對應關係，不能發揮出立體空間準確診斷效果，也不能給臨床帶來更多的實際意義。
長期以來，人們一直在探索、尋求一種能立體全方位地反映心臟立體解剖結構、立體心臟電活動、傳導系統順逆時相關係和心肌生物電擴布時的立體標測等技術手段，而使心電圖達到整體化、細緻化、直觀化及準確化的要求。
隨著科學技術的飛速發展，心電描記器也經歷了幾代產品的更新，如弦線型、線圈轉動型、直接描記型、陰極射線管型等，直至現今的電子計算機技術、電子計算機輔助設計、立體成像等，高新技術的發展推動了醫學科學的發展，並保證了各種現代化的醫療檢測手段得以實施。
本發明的目的是設計一種立體心電圖的成像方法及成像儀，以三維空間圖像觀察診斷心臟生物電活動，還原原本一體的解剖結構與機能特點，能立體地全方位地反映出心臟生物電活動與實際心臟解剖位置間的位相關係、心臟傳導系統的順逆時相關係、心電瞬時間變化與心肌結構中局部心肌除極擴布的對應關係，將理論上的空間心電向量環變成直觀視覺上的立體環，並通過任意角度的旋轉變化，而可細緻準確地觀察瞬時間淚點疏密變化情況。
本發明的目的是這樣實現的立體心電圖的成像方法，其特徵在於包括以下步驟a．將心臟的實際整體解剖圖及心臟的實際內部解剖的各個切面圖經掃描、合成處理成三維圖像並存儲在成像儀內；b．在現有12導心電

圖10根電極線基礎上增加Frank氏7電極體系，其中Y軸正極與心電圖左踝電極並連，構成16根電極線的輸入導聯繫統，同步或分解地從人體表面取12導聯心電圖信號及正交或直交或X、Y、Z心電圖信號，經放大、濾波、增益調節、光電隔離、採樣保持及模數變換存儲在成像儀內；c．控制電子模擬開關將由16導聯輸入系統獲得的心電信號按需要同步或分解提取12導心電圖、3導正交心電圖、9導立體心電圖，通過X軸及Y軸構成額面F，並將Y軸分別以25、50、75、100毫米／秒的速度以時間軸連續拉開，構成時間心向量圖，同時又將F面的X軸與Y軸以反時鐘逆轉90°，將X軸按時間拉開，形成變向時間心向量圖，以X軸和Z軸構成橫面H，以Y軸和Z軸構成側面S，再經軟體轉向90°處理，構成6導聯3個面的時間心向量圖、變向時間心向量圖及F、H、S三個面各心動周期不轉向、不隨時間軸連續拉開的逐拍或連續心向量圖，而完成九導聯統稱的立體心電圖；d．將步驟a獲得的心臟整體及切面的三維圖像襯在由步驟c完成的立體心電圖上，並利用心肌生物電除極變化與心臟肌肉生物電擴布對應關係一致的特點用不同的顏色標記出來，供顯示器顯示或供繪圖儀、熱敏記錄儀描記記錄。
所述的16導聯繫統中的6條導聯線包括4條X軸、Z軸的正負電極、1條Y軸的負電極和1條校正電極，Y軸正電極與心電圖II導聯並聯。
所述的步驟c還包括根據X、Y、Z三個軸的採樣頻率，在心肌除極擴布時，每隔一定時間予以阻斷一次標誌時間，以「淚點」方式顯示出瞬時間方位、振幅及角度。
所述的步驟d還包括以十字交叉板及心臟解剖立體線條形式為襯，單獨顯示出心臟生物電活動的空間成像。
本發明通過設計16通道導聯繫統從人體表面取得所需要的信號，採用計算機技術、計算機輔助設計技術和三維立體成像技術，將傳統的用平面表達心臟生物電的心電向量圖轉換成用三維立體空間圖表達，同時襯以心臟實際解剖圖形，並用不同的顏色標記出來，高度統一心臟的解剖特性及機能特性，避免了傳統心電圖中使用簡單的P-QRS-T波形變化和憑經驗而作的推理判斷，使對心臟病的診斷更加直觀、細緻、全面和準確，從時間域、空間域、時空域和瞬時間域等多角度、多層次全面立體地觀察心臟生物電活動，並可加入專家智能診斷系統中。本發明用微機控制電子模擬軟開關的工作及進行數據處理，最終用顯示屏顯示出三維空間心臟電活動圖像，可通過記錄儀或繪圖儀同步選擇連續描記24導聯的心電活動圖，即12導聯心電圖、3導聯正交心電圖、9導聯變向時間心向量圖，還可描記時間心向量圖、連續心向量圖、分解／放大心向量圖和立體心電圖像。
下面結合實施例及附圖進一步說明本發明的技術圖1是實施本發明立體心電圖成像方法的成像儀結構原理框圖參見圖1，成像儀包括由16條線構成的16導聯繫統1、16個隔離級2、電阻導聯選擇網絡3、電子模擬軟開關4、前置放大器5、濾波器6、增益調節器7、光電隔離器8、採樣保持器9、模數變換器(A／D)10、微計算機11(CAD)、數模變換器(D／A)12和繪圖儀或熱敏記錄儀13。
16導聯繫統1從人體取到16路信號，分別通過各自的隔離級2送到電阻導聯選擇網絡3，輸出含有12導聯心電圖信號及正交心電圖信號的電信號至電子模擬軟開關4，可根據臨床需要，由操作者通過鍵盤或滑鼠器等輸入規定的命令信號，由微計算機11控制電子模擬軟開關4選擇輸出各種不同的導聯或導聯組合信號，並送各自的前置放大器5。前置放大器5具有高輸入阻抗、高增益、高共模抑制比的特點，可將人體體表的微伏級信號不失真地放大1000倍以上。濾波器6用於濾掉高頻噪聲和50HZ噪聲，信號經一級增益調節7可滿足不同的使用需要，然後送光電隔離級8，使隔離級前的「地」與微機的「地」隔離開來，可減小地迴路、降低幹擾噪聲，同時將前置級與電源隔離，保證被測人體的安全。信號通過光電隔離級傳送至採樣保持器9，模數變換器10對採樣保持器9輸出的各路信號輪番進行A／D變換，然後送入微機內存。根據需要通過微機11對內存的數據進行事後處理，最後通過數模轉換器12轉換成模擬信號送繪圖儀或熱敏記錄儀13，描繪出所需的各種心電活動圖形。
本發明的成像儀可立體全方位地反映出心臟生物電活動與實際心臟解剖位置間的位相關係、心臟傳導系統的順逆時關係、心電瞬時間變化與心肌結構中局部心肌除極擴布對應關係，將理論上的空間心電向量平面環變成肉眼直觀的立體環，可以以任意角度隨意旋轉變化，以便細緻準確地觀察瞬時間淚點疏密變化情況；將心臟整體與局部解剖的不同切面圖形用掃描儀記錄、合成處理、存儲在微計算機中，並用不同顏色標記出心肌先後除極擴布規律，使其更加直觀化；由16條通道同步採樣出12導心電圖的單極導聯和3導聯正交心電圖的雙極導聯信號，可描記出24條心電曲線，可隨意同步組合、分解、放大，長時間描記12導心電圖、正交心電圖、變向時間心向量圖、時間心向量圖和分解／放大心電活動圖形。將經本發明方法獲得的立體心電圖，再通過編制專家智能分析軟體，對獲取的大量心臟信息作定量、定性的分析診斷，而實現表格化、圖形化的自動診斷。
本發明方法中的16導聯繫統是在現有的12導心電圖10根電極線基礎上再增加6條Frank′s電極體系構成的。前置放大器5是由傳統的心電和心向量放大器經優化組合成的一體化結構。採用電腦技術對各導聯信號進行模數轉換、採樣及存儲，通過專門編制的軟體對信號進行一系列的算法處理和數模變換。由微機控制電子模擬開關，將16導聯繫統取得的心電信號按需要同步／分解提取12導心電圖、3導正交心電圖及9導立體心電圖，通過X軸及Y軸構成F面，並將Y軸分別以25、50、75、100毫米／秒的速度以時間軸連續拉開形成時間心向量圖；同時又將F面的X軸及Y軸反時針逆轉90°，以X軸按時間拉開，形成變向時間心向量圖(changed TVCG／C-TVCG)，以便清楚地觀察初始心肌除極的瞬時間淚點變化和最大向左向右向量；通過X軸和Z軸構成H面，Y軸和Z軸構成S面，再分別通過軟體作轉向90°按同上方法處理。這樣就構成了6個導聯3個面的時間心向量圖和變向時間心向量圖，而3導聯逐拍或連續心向量圖是指三個面F、H、S各心動周期不轉向、不隨時間軸連續拉開的逐拍或連續心向量圖，由此完成九導聯統稱的立體心電圖。
本發明中的分解／放大心向量圖是指動用計算機軟體編程將每個心跳周期的P、QRS及T環分別進行放大及排列組合，以便細緻地觀察心房／心室肌擴布的細微變化。
本發明的24通道連續記錄的心電信號，可長時間隨意設定單位時間內的連續採樣、存儲及隨機回放。而三維圖像是通過計算機技術及計算機輔助設計技術處理的。
本發明的立體心電圖像表達出三方面的內容心臟立體狀外觀及內部的不同切面解剖結構；立體顯示心臟生物電的活動；局部心肌擴布時的彩色探測效果。上述內容的表達方法是採用適當的座標系，根據心臟解剖學圖譜及實際心臟解剖結果，用X、Y、Z三個軸標記的心臟立體空間生物電和經實驗證實的隨瞬時間心臟生物電與局部心肌擴布的對應關係，作出三維造型，再進一步發展成透視圖、作立體效果、消除隱藏線／面、將表面材料編輯成像(光照模型)，最後完成三維立體心電圖形。實施時也可以通過人機對話，經修改繪製出分解圖形，顯示心電空間各瞬間矢量的大小、夾角、面積、比值、方位、轉向、時間、速度等大量信息，並對其作出定量、定性分析。
用熱敏記錄儀可同步連續描記出12導心電圖、正交心電圖及立體心電圖等，用繪圖儀可任意單張或連續拷貝出各種立體圖形及診斷報告。所記取的心電信號及立體心電圖像還可用高解析度顯示器進行顯示觀察。
權利要求
1．一種立體心電圖的成像方法，其特徵在於包括以下步驟a．將心臟的實際整體解剖圖及心臟的實際內部解剖的各個切面圖經掃描、合成處理成三維圖像並存儲在成像儀內；b．在現有12導心電圖10根電極線基礎上增加Frank氏7電極體系，其中Y軸正極與心電圖左踝電極並連，構成16根電極線的輸入導聯繫統，同步或分解地從人體表面取12導聯心電圖信號及正交或直交或X、Y、Z心電圖信號，經放大、濾波、增益調節、光電隔離、採樣保持及模數變換存儲在成像儀內；c．控制電子模擬開關將由16導聯輸入系統獲得的心電信號按需要同步或分解提取12導心電圖、3導正交心電圖、9導立體心電圖，通過X軸及Y軸構成額面F，並將Y軸分別以25、50、75、100毫米／秒的速度以時間軸連續拉開，構成時間心向量圖，同時又將F面的X軸與Y軸以反時鐘逆轉90°，將X軸按時間拉開，形成變向時間心向量圖，以X軸和Z軸構成橫面H，以Y軸和Z軸構成側面S，再經軟體轉向90°處理，構成6導聯3個面的時間心向量圖、變向時間心向量圖及F、H、S三個面各心動周期不轉向、不隨時間軸連續拉開的逐拍或連續心向量圖，而完成九導聯統稱的立體心電圖；d．將步驟a獲得的心臟整體及切面的三維圖像襯在由步驟c完成的立體心電圖上，並利用心肌生物電除復極變化與心臟肌肉生物電擴布對應關係一致的特點用不同的顏色標記出來，供顯示器顯示或供繪圖儀、熱敏記錄儀描記記錄。
2．根據權利要求1所述的立體心電圖的成像方法，其特徵在於所述的16導聯繫統中的6條導聯線包括4條X軸、Z軸的正負電極、1條Y軸的負電極和1條校正電極，Y軸正電極與心電圖II導聯並聯。
3．根據權利要求1所述的立體心電圖的成像方法，其特徵在於所述的步驟c還包括根據X、Y、Z三個軸的採樣頻率，在心肌除極擴布時，每隔一定時間予以阻斷一次標誌時間，以「淚點」方式顯示出瞬時間方位、振幅及角度。
4．根據權利要求1所述的立體心電圖的成像方法，其特徵在於所述的步驟d還包括以十字交叉板及心臟解剖立體線條形式為襯，單獨顯示出心臟生物電活動的空間成像。
全文摘要
本發明涉及一種立體心電圖的成像方法,利用計算機技術及立體成像技術將心臟的實際整體解剖圖及心臟的實際內部解剖的各個切面圖經掃描、合成處理成三維圖像並存儲在成像儀內;再將實際測出的心臟生物電空間活動襯在上述心臟解剖圖像中,或以各種形式獨立顯示出心臟空間生物電活動的三維圖像,可以以任意角度旋轉觀察,同時利用局部心肌除極的擴布變化與心電瞬時間變化位相關係一致的特點,用不同顏色形象直觀地標記出來。
文檔編號A61B5/044GK1206580SQ9811731
公開日1999年2月3日 申請日期1998年8月13日 優先權日1998年8月13日
發明者趙峰 申請人:趙峰